張平威

（1.凱盛新能源股份有限公司 洛陽(yáng) 471000；2.中建材（洛陽(yáng)）新能源有限公司 洛陽(yáng) 471200）

0 引言

隨著“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的提出，綠色能源替代傳統(tǒng)石化能源的需求不斷增長(zhǎng)，太陽(yáng)能發(fā)電是綠色能源替代一種重要的方式。太陽(yáng)能無(wú)污染、可再生，易于獲取且安全，采用太陽(yáng)能發(fā)電的方式有光熱、光電及光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換［1］，其中依靠太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)發(fā)電的太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有安全性能高、環(huán)境設(shè)置好及轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)點(diǎn)，且隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本持續(xù)降低，平價(jià)上網(wǎng)指日可待，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將成為我國(guó)重要的能源結(jié)構(gòu)改革方向，產(chǎn)業(yè)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。

光伏玻璃是太陽(yáng)能光伏發(fā)電組件必不可少的關(guān)鍵材料，通常選擇具有透光性、耐候性好等優(yōu)點(diǎn)的壓延玻璃，光伏玻璃的質(zhì)量直接影響太陽(yáng)能光伏發(fā)電組件的性能和壽命，對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電起到重要的作用。光伏建筑一體化快速發(fā)展應(yīng)用促使太陽(yáng)能光伏發(fā)電組件向輕量化、薄型化發(fā)展，有效地提高組件的安裝效率及減輕建筑的承重。壓延光伏玻璃的厚度也從3.2 mm、2.5 mm逐漸向2.0 mm及以下過(guò)渡，尤其太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的雙玻組件以發(fā)電效率高、壽命長(zhǎng)、易于建筑集成等優(yōu)異性能被市場(chǎng)認(rèn)可。據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)分析預(yù)測(cè)，2025年雙玻組件滲透率將達(dá)到60%，成為太陽(yáng)能光伏發(fā)電組件市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，會(huì)對(duì)壓延玻璃尤其是超薄壓延玻璃的需求量大幅提升。

壓延光伏玻璃厚度逐漸向薄型化發(fā)展，其生產(chǎn)中要面臨較多問(wèn)題的挑戰(zhàn)，為了提高超薄壓延玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量，研發(fā)的新材料、新技術(shù)也快速應(yīng)用。本文以新建設(shè)的超薄壓延光伏玻璃生產(chǎn)線項(xiàng)目為例，對(duì)相關(guān)技術(shù)方案中的工藝等進(jìn)行分析探索。

1 超薄壓延光伏玻璃項(xiàng)目建設(shè)要求

新建設(shè)的超薄壓延光伏玻璃生產(chǎn)線項(xiàng)目為1200 t/d光伏玻璃基片生產(chǎn)線并配套建設(shè)深加工生產(chǎn)線，產(chǎn)品包含1.5～2.5 mm厚度的壓延玻璃，主要用于光伏電池的封裝材料，項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中要滿(mǎn)足以下的要求：

（1）項(xiàng)目建設(shè)貫徹循環(huán)經(jīng)濟(jì)、清潔生產(chǎn)和發(fā)展綠色環(huán)保型產(chǎn)業(yè)的理念。

（2）項(xiàng)目建設(shè)采用成熟可靠、先進(jìn)合理的技術(shù)方案，積極穩(wěn)妥地選用新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，確保能生產(chǎn)出滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)太陽(yáng)能光伏電池封裝材料。

2 超薄壓延光伏玻璃項(xiàng)目新技術(shù)應(yīng)用

壓延光伏玻璃的強(qiáng)度和透過(guò)率決定著光伏組件的壽命和發(fā)電效率，玻璃透過(guò)率可以通過(guò)控制玻璃原料中的氧化鐵含量來(lái)實(shí)現(xiàn)，但隨著壓延玻璃厚度的降低，玻璃的強(qiáng)度也會(huì)快速下降，嚴(yán)重影響光伏組件的壽命，通常生產(chǎn)企業(yè)會(huì)增加鈉鈣硅玻璃組分中的氧化鋁含量來(lái)提高強(qiáng)度，但這會(huì)造成玻璃液的黏度增加，熔化澄清難度加大，同時(shí)玻璃厚度的降低，壓延成形及退火的難度也相應(yīng)增加，需要各個(gè)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

2.1 關(guān)鍵工藝

2.1.1 熔化

由于壓延光伏玻璃中氧化鐵含量低，玻璃液透熱性好，在熔化澄清過(guò)程中，造成玻璃液表面和底部溫差小，垂直方向難以形成對(duì)流，致使玻璃液澄清困難。當(dāng)壓延玻璃產(chǎn)品厚度在2.0 mm以下時(shí)，玻璃中的微氣泡缺陷對(duì)產(chǎn)品影響較大，嚴(yán)重限制了超薄壓延光伏玻璃產(chǎn)品質(zhì)量的提高［2］，熔化澄清的技術(shù)研究創(chuàng)新從熔窯設(shè)計(jì)及澄清劑兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。

熔窯設(shè)計(jì)方面，白乾坤［3］研究了高透熱玻璃液多級(jí)澄清高效熔窯結(jié)構(gòu)，采用分級(jí)匯流熔窯結(jié)構(gòu)，降低“滯留”玻璃液，使玻璃液充分澄清均化，澄清率可高達(dá)82.5%以上。熔窯池底結(jié)構(gòu)為多臺(tái)階設(shè)計(jì)，將卡脖的入口窯底設(shè)成抬升式斜底，限制玻璃液進(jìn)入卡脖后的回流，延長(zhǎng)了澄清帶玻璃液的停留時(shí)間，有利于玻璃中微氣泡的逸出，提高玻璃液的澄清質(zhì)量。彭壽等［4］研究了窄卡脖限流調(diào)溫技術(shù)的應(yīng)用可大幅提高澄清帶玻璃液表層溫度，進(jìn)一步提高澄清率。為保證玻璃液的澄清質(zhì)量，有助于玻璃澄清的技術(shù)，在熔窯設(shè)計(jì)時(shí)也考慮池底鼓泡技術(shù)［5］。復(fù)合澄清劑的使用也是一種有效的提高澄清質(zhì)量的方法。壓延玻璃的澄清劑一般選擇銻酸鹽如三氧化二銻、焦銻酸鈉等，配合硝酸鹽和硫酸鹽組成復(fù)合澄清劑使用，取得了較好的澄清效果，但澄清劑的成本相對(duì)較高且銻酸鹽會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。官敏等［6］研發(fā)了高CeO2含量的環(huán)境友好型復(fù)合澄清劑，大幅度降低微氣泡缺陷，同時(shí)也不影響壓延玻璃透過(guò)率。

超薄壓延光伏玻璃項(xiàng)目熔化澄清技術(shù)方案中采用多級(jí)澄清高效熔窯結(jié)構(gòu)，池底設(shè)計(jì)采用多臺(tái)階結(jié)構(gòu)，選擇高CeO2復(fù)合澄清劑，提高超薄壓延光伏玻璃的熔化澄清質(zhì)量。

2.1.2 壓延成形

超薄壓延光伏玻璃采用壓延機(jī)組進(jìn)行成形，成型機(jī)由上下壓輥、水冷系統(tǒng)、過(guò)渡輥臺(tái)及傳動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等組成，要實(shí)現(xiàn)超薄玻璃的成形厚度需要保證成形時(shí)玻璃液溢流口的橫向溫差小，通過(guò)壓延輥壓力的調(diào)整實(shí)現(xiàn)。超薄壓延玻璃在成形過(guò)程中不僅要控制其厚薄差，同時(shí)也要控制壓花和壓紋的質(zhì)量，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的透過(guò)率要求。章寅［7］采用立體多級(jí)差速智能控制技術(shù)及智能化遠(yuǎn)程閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)精準(zhǔn)控制壓延輥和接應(yīng)輥的多級(jí)速差調(diào)節(jié)拉薄量，可實(shí)現(xiàn)超薄壓延玻璃的縱向厚薄差精度±0.08 mm。為實(shí)現(xiàn)超薄壓延玻璃的成形厚度，采用成套的反饋式高壓壓延工藝，采用自加壓壓力系統(tǒng)進(jìn)行壓力控制，實(shí)現(xiàn)高壓條件下輥壓的精確調(diào)整；壓延輥內(nèi)部設(shè)計(jì)了多腔體式分水芯，提高了輥體的冷卻強(qiáng)度；在壓延輥、接應(yīng)輥和過(guò)渡輥采用水冷的基礎(chǔ)上，增加了風(fēng)冷系統(tǒng)，且該系統(tǒng)采用橫向分區(qū)，精確調(diào)節(jié)玻璃板橫向溫差。蘇從含［8］認(rèn)為要達(dá)到超薄壓延玻璃的技術(shù)指標(biāo)，要充分考慮壓延玻璃的成形玻璃液溫度、壓桿壓力、拉引速度。生產(chǎn)時(shí)要提高玻璃的成形溫度，增大壓延機(jī)系統(tǒng)壓力，加大壓延機(jī)輥內(nèi)冷卻水的進(jìn)水量，壓速比要達(dá)到40以上。采用成套的反饋式高壓壓延工藝，已成功生產(chǎn)出世界最薄的1.5 mm超薄壓延玻璃。

2.1.3 退火

超薄壓延玻璃通過(guò)退火消除暫時(shí)應(yīng)力，減少原片切割時(shí)的缺陷問(wèn)題，提高產(chǎn)品質(zhì)量。由于在進(jìn)行超薄壓延玻璃生產(chǎn)時(shí)，玻璃帶的拉引速度快，與較厚的壓延玻璃退火設(shè)計(jì)相比，其A區(qū)需要加大風(fēng)機(jī)功率，才可滿(mǎn)足超薄壓延玻璃退火的需要。由于超薄壓延玻璃厚度較薄，在退火時(shí)要實(shí)施分段控溫，采用立體網(wǎng)狀溫控退火技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)溫度精確控制在±0.5 ℃范圍內(nèi)，有效解決了橫向溫差分布不均的問(wèn)題；低變形傳輸技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)多級(jí)變速傳輸及全承載支撐技術(shù)，據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)超薄光伏玻璃板弓形彎曲度降低至0.18%，產(chǎn)品良率提升5%以上［6］。

超薄壓延光伏玻璃項(xiàng)目退火技術(shù)方案采用立體網(wǎng)狀溫控退火技術(shù)和低變形傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超薄壓延玻璃的退火。通過(guò)對(duì)熔化澄清、壓延成形及退火工藝的改進(jìn)及提升，最終實(shí)現(xiàn)超薄壓延光伏玻璃的生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量提升，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

2.2 節(jié)能環(huán)保技術(shù)應(yīng)用

玻璃行業(yè)由高能耗、高污染逐漸向綠色化方向發(fā)展，更加注重可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保問(wèn)題，超薄壓延光伏玻璃項(xiàng)目加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)工藝、裝備技術(shù)的改進(jìn)和更新，降低生產(chǎn)中產(chǎn)生的能耗消耗和廢氣排放，保障生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境保護(hù)的合規(guī)性。

2.2.1 節(jié)能技術(shù)

超薄壓延光伏玻璃生產(chǎn)線的節(jié)能技術(shù)方案從熔窯節(jié)能及余熱發(fā)電的利用兩個(gè)方面進(jìn)行。

玻璃熔窯是超薄壓延光伏玻璃生產(chǎn)線能耗消耗最大的環(huán)節(jié)，約占90%以上，熔窯的節(jié)能技術(shù)一直是研究的重點(diǎn)。該項(xiàng)目采用紅外高輻射節(jié)能涂料技術(shù)和新型梯度復(fù)合保溫節(jié)能技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用紅外高輻射節(jié)能涂料技術(shù)可實(shí)現(xiàn)熔窯內(nèi)表面發(fā)射率從0.4提高到0.9以上，實(shí)現(xiàn)2%～10%的節(jié)能；采用新型梯度復(fù)合保溫節(jié)能技術(shù)，選用多層保溫材料與梯度保溫技術(shù)相結(jié)合，有效解決傳統(tǒng)保溫開(kāi)裂、空腔等問(wèn)題，節(jié)能效率大于5%。

該項(xiàng)目技術(shù)方案中設(shè)計(jì)了余熱發(fā)電技術(shù)，并與脫硫脫硝一體化運(yùn)行，同時(shí)利用廠房的屋頂資源，建設(shè)光伏電站，經(jīng)測(cè)算，采取余熱發(fā)電及光伏發(fā)電等措施后單位產(chǎn)品綜合能耗210.32 kgce/t。

2.2.2 大氣污染物協(xié)同深度治理技術(shù)

超薄壓延光伏玻璃生產(chǎn)產(chǎn)生的重點(diǎn)污染物為廢氣，環(huán)保措施必須要保證達(dá)到國(guó)家的氣體排放要求。設(shè)計(jì)時(shí)在脫硫脫硝中采用觸媒陶瓷纖維濾管一體化脫硫脫硝除塵工藝，脫硫效率90%，煙塵處理效率99%，脫硝效率達(dá)到97%，可實(shí)現(xiàn)玻璃熔窯煙氣超低排放。

3 超薄壓延光伏玻璃發(fā)展趨勢(shì)

（1）提高超薄壓延光伏玻璃強(qiáng)度

太陽(yáng)能光伏組件復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境要求超薄壓延玻璃保持較高的強(qiáng)度，尤其是隨著雙玻組件滲透率的提高，對(duì)超薄壓延玻璃的需求大幅度上升，但超薄壓延玻璃強(qiáng)度不足成為限制雙玻組件薄型化的重要因素，研究要在組分設(shè)計(jì)提高玻璃強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，解決目前困擾行業(yè)的超薄壓延玻璃的鋼化問(wèn)題，共同實(shí)現(xiàn)超薄壓延玻璃的高強(qiáng)度。

（2）超薄壓延玻璃透過(guò)率的提高

提高超薄光伏玻璃的透過(guò)率可有效提升太陽(yáng)能光伏組件的效率，行業(yè)內(nèi)在壓延玻璃的花紋設(shè)計(jì)、減反射膜的開(kāi)發(fā)及納米材料的設(shè)計(jì)應(yīng)用等方面進(jìn)行深入的研究，開(kāi)拓新的工藝技術(shù)提高透過(guò)率也成為研究者關(guān)注的重點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

超薄壓延光伏玻璃生產(chǎn)線項(xiàng)目圍繞玻璃熔化澄清、壓延成形及退火工藝的新技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)超薄壓延玻璃的工業(yè)化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。生產(chǎn)線建設(shè)要配合節(jié)能減排、大氣污染治理等，采用新裝備新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超低排放和綠色化生產(chǎn)。提高超薄壓延光伏玻璃的強(qiáng)度和透過(guò)率，提升玻璃性能，提高光電轉(zhuǎn)化效率水平是研究的重點(diǎn)方向。